LED的光谱分布可调光源的设计光谱光学遥感器。获取光谱辐射观测的准确数
据,首先依赖于对光学遥感器进行光谱辐射响应
的绝对定标。定标的目的是建立光学遥感器中每
个探测元所输出信号的量化值与该探测元对应的
目标辐射亮度值之间的定量关系。
光学遥感器辐射定标是遥感数据量化处理中
的最基本环节,光学遥感器的定标精度直接影响
到遥感数据的可靠性和精度。对于窄带的遥感
器,光谱不匹配产生的相对误差对测量的精度影
响很小,可以忽略不计。但是对于宽带的遥感器,
就很难避免相对误差对测量精度造成的影响。因
此,在实验室定标中,尽可能地模拟星上环境,使
定标光源尽可能接近太阳的光谱曲线,使之无论
是在实验室定标还是星上定标,都可以模拟接近
太阳的光谱分布,对于光学遥感器测量数据精度
的提高能起到关键的作用。
定标光源和目标光源光谱匹配问题对于
测量仪器的测量精度影响很大。因此,定标光源
和目标光源的光谱分布应尽可能的相似,这样测
量误差会减小,测量精度会提高。现在普遍使
用的定标光源积分球中的发光介质是标准灯,
其光谱分布相当于CIE标准照明体A。光源峰
值波长在近红外,大约为950 nm,而在蓝色和紫
外波段范围内,标准灯的能量相对较弱,这样的光
谱能量分布会使对这个波段的仪器定标产生误
差。因此,需要一种新型的光源可以作为传统光
源的补充。本文介绍了一种基于发光二极管
(LED)为介质的光谱分布可调的光源,这种光源
光谱覆盖整个可见波段,可以模拟太阳光谱分布,
弥补了标准灯在可见波段能量较弱的缺点。此
外,它还可以模拟不同光源的光谱分布,如显示的
红色,绿色,蓝色和白色;此外,还能模拟信号灯,
放电灯等。因此,在定标时,使用这种光源会非常
有效和方便。本文主要就光源的设计做了较详细
的论述。
2　总体设计
　　光源是一个积分球,积分球中安装了很多的
LED,这些LED的峰值波长和光谱分布都不相
同,工作原理如图1所示。积分球中安装了几个
LED光学模块,每一个光学模块分别安装了36
个LED。这些LED由一个电脑控制的72通道
的电源控制器来驱动,72通道的电源控制器可以
精确地控制每一个通道上LED的电流,因此可以
保证光源模拟目标光源光谱分布的准确性。同
时,一个光纤光谱仪实时地监测积分球输出的辐
射能量及光谱分布,反馈到电脑中并记录下来,
电脑通过软件处理计算模拟光谱和目标光谱的差
异,随之计算出相应的驱动电流,再通过电源控制
器调节各通道上的电流,从而得到与目标光谱相
似的光谱曲线。
图1　光源原理图
Fig.1　Sketch of source principle
3　光源的模拟
　　为了证明多种类型LED的发光光谱组合可
以模拟不同光源的光谱分布,本文进行了仿真
模拟。典型的LED光谱分布近似于高斯分布
函数,LED的半高宽度(FWHM)一般在20 nm
左右,因此,选择带宽为20 nm的高斯分布函数
作为LED的光谱分布曲线。在380~780 nm,选
择峰值波长间隔为5,10,20 nm。这样就分别需
要80,40,20个LED来模拟目标光谱分布曲线。
本文提出一种优化算法,这种算法通过模拟,计算
得出每一种颜色LED相应的电流值。
?(λ,i)=∑
780
380
(ST(λ)-∑
n
i=1
Ki·Si(λ))2=min,
(1)
其中,ST(λ)是目标光谱分布曲线,Si(λ)为LED
光谱分布曲线,Ki为电流值。由此,上述物理问
题可归结为数学问题,即求二乘残差函数?(λ,i)
最优化解的问题,通过这种方法可以得出使两条
光谱曲线最接近的系数Ki。利用数值分析工具
计算得到每一种颜色LED相应的电流值。调节
2061第11期　　　　　　陈　风,等:LED的光谱分布可调光源的设计

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